Chất điện phân được thiết kế mới cho phép pin lithium có mật độ năng lượng trên 700 Wh/kg.
| Jerry Huang
Ghi chú của biên tập viên: Các vật liệu mới được tổng hợp mang lại cơ hội cho các chất điện phân mới, cho phép pin lithium-kim loại dạng túi đạt được mật độ năng lượng lớn hơn 700 Wh/kg ở nhiệt độ phòng và khoảng 400 Wh/kg ở -50 °C. Muối lithium LiFSI đóng vai trò rất tích cực trong thiết kế chất điện phân. Xin chân thành cảm ơn nghiên cứu và phương pháp tiếp cận tuyệt vời của Viện sĩ Jun Chen và nhóm nghiên cứu Qing Zhao từ Đại học Nankai. Nghiên cứu của họ có thể mang lại cho chúng ta những khác biệt và nguồn cảm hứng gì? Hãy cùng tìm hiểu.
Tóm tắt: Trong những thập kỷ qua, dung môi điện phân cho các thiết bị điện hóa chủ yếu sử dụng các phối tử gốc oxy (O) và nitơ (N), trong đó tương tác lưỡng cực-ion (Li+, Na+, v.v.) thường tạo nền tảng cho sự phân ly và vận chuyển ion nhưng lại cản trở quá trình truyền điện tích tại giao diện điện phân-điện cực. Ở đây, bằng cách tổng hợp các ankan có cấu trúc monofluor hóa, chúng tôi chứng minh rằng các phối tử gốc flo (F) với sự cản trở không gian được thiết kế và tính bazơ Lewis cho phép hòa tan muối với nồng độ hơn 2 mol/L. Trong số đó, chất điện phân Li-ion gốc 1,3-difluoro-propane (DFP) sở hữu tất cả các ưu điểm cho pin mật độ năng lượng cao và hoạt động ở nhiệt độ thấp, bao gồm độ nhớt thấp (0,95 cp), độ ổn định oxy hóa cao (>4,9 V) và độ dẫn điện ion là 0,29 mS/cm ở -70 °C. Bằng cách kết hợp các nguyên tử F vào lớp vỏ solvat hóa đầu tiên, sự phối hợp yếu giữa F–Li+ tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình mạ/tách Li với hiệu suất Coulomb (CE) lên đến 99,7% và mật độ dòng điện trao đổi lớn hơn một bậc so với sự phối hợp O–Li+ ở -50 °C. Các chất điện phân này cũng cho phép vận hành các pin lithium-kim loại dạng túi với lượng chất điện phân nhỏ hơn 0,5 g/Ah, đạt được mật độ năng lượng lớn hơn 700 Wh/kg ở nhiệt độ phòng và khoảng 400 Wh/kg ở -50 °C. Các chất điện phân hydrofluorocarbon (HFC) trong nghiên cứu này cung cấp một phương pháp khả thi để xây dựng các hệ thống điện hóa vượt ra ngoài hóa học phối hợp truyền thống.
Thẩm quyền giải quyết
https://doi.org/10.1038/s41586-026-10210-6